معادلة أينشتاين مع كتل سالبة

a117

مع كتل إيجابية فقط، معادلة أينشتاين هي:
(95)

**S **= c T

حيث S هو تمثيل هندسي وT هو تمثيل "الطاقة-المادة". يمكننا التعبير عنها بتنسيق يظهر فيه r (كثافة المادة) وp (الضغط) بشكل صريح. في النسبية الكلاسيكية، كلاهما إيجابيان.

لنسمِ الآن r+ وp+ المساهمات الناتجة عن الكتل الإيجابية. لنسمِ T+ التمثيل المبني من هذه الكميات.

كثافة كتلة سالبة r- < 0 وضغط سالب p- < 0، الناتجة عن الكتل السالبة، ستنتج تمثيلًا T-.

تصبح معادلة المجال المقابلة الآن:

(96) S = c (T+ + T-)

المشكلات غير المُحلَّة في علم الفلك والكونيات الحالية.

هناك العديد من المشكلات غير المُحلَّة في هذين المجالين. لا نريد أن نعيد سرد قصة علم الفلك والكونيات بالكامل هنا. طريقة الطيف، مُجمَّعة مع قياسات تأثير دوبلر، قدّمت بيانات مهمة حول التركيب الكيميائي ودرجة حرارة الغلاف الجوي النجمي.

السُّدَّى، المستخدمة كمعايير للمسافة، تسمح بتقدير المسافات حتى عشرات ملايين السنين الضوئية.

أدوات هندسة التفاضل قدّمت فهمًا جديدًا للكونيات (معادلة المجال، المترية) ووضّحت ظاهرة الانزياح الأحمر والإشعاع الكوني الخلفي.

الفيزياء النووية أنتجت نماذج نجمية، سواءً لنشأتها، وعملها، أو تطورها (لكننا رأينا في قسم سابق أن عجز النيوترينوات الشمسية يطرح مشكلة جادة فيما يتعلق بهذه النماذج النجمية).

الفيزياء النووية تفسر وجود الهليوم البدائي ونسبة انتشاره في الكون.

لكن:

• لا يوجد لدينا نموذج نظري يفسر ديناميكية المجرات. في هذا المجال، تظل منهجيتنا مبنية على التجربة فقط.

• لا نعرف كيف تتشكل المجرات أو لماذا لها كتل محددة، ولا كيف تتغير مع الوقت. لا تزال الهيكلة الحلزونية غير مفهومة تمامًا. أصلها الحقيقي ما زال مثيرًا للجدل.

• يجب أن انفجرت جميع المجرات منذ ملايين السنين (تأثير الكتلة المفقودة). منحنى الدوران، مع سرعات حافة عالية، ما زال لغزًا.

• نفس مشكلة الكتلة المفقودة المتعلقة بكتل المجرات.

• العديد من المجرات شديدة التضارب. قبل سنوات، كان العالم البريطاني سير جيمس جينز يحب أن يقول:

عندما نرى أنماطًا مُنحنية كهذه، لا نستطيع مقاومة فكرة أن قوة قوية وغامضة تمامًا هي السبب. * * - يبدو أن هذه مشكلة مرتبطة بعمر الكون، من قياس ثابت هابل، مقارنة بعمر النجوم الأقدم في مجموعتنا (التي تعود إلى كتلات كروية، مثل كتلة هيركوليس).

• بنية VLS (البنية الكبيرة جدًا) للكون ما زالت مشكلة غير مُحلَّة. لا نعرف لماذا تُنظم المجرات حول فراغات كبيرة، تمتد لمسافة 100 مليون سنة ضوئية.

• مصدر طاقة الكوازارات ما زال مجهولًا.

• وجد هالتون أرب بعض الأنظمة المجرية التي تُخالف قانون هابل في الانزياح الأحمر.

• طبيعة "الانفجارات الكهرومغناطيسية": مجهولة.

• تم توقع نجوم النيوترونات ووجدت مئات. هذا النموذج يملك كتلة حرجة: حوالي 2.5 كتلة شمسية. لا يمكن أن توجد نجمة نيوترونية بكتلة أكبر، لأن قوة الضغط الداخلية لن تتمكن من توازن قوة الجاذبية، وبالتالي سيهبط الكائن.

هذه الظروف يجب أن توجد في مكان ما في الكون. على سبيل المثال، كنتيجة لاندماج نجمتين نيوترونيتين. الإجابة الكلاسيكية هي "الثقب الأسود" المعروف. بعض علماء الفلك "يشرحون" كل الظواهر باستخدام كائنات كهذه. يجب أن تكون ثقوب سوداء ضخمة موجودة في مركز المجرات أو في مركز كتل المجرات. إنهم "يشرحون" ظاهرة QSO. إنهم "يشرحون" كل شيء تقريبًا.

لكن الملاحظات المباشرة تبدو نادرة جدًا. لماذا عدد قليل جدًا من المرشحين؟

عندما يوجود كائن فعليًا، بعد فترة زمنية معينة، يجد علماء الفلك العديد. مثال: المستعرات العظمى، نجوم النيوترونات الدوارة (البُلسرات). لماذا عدد قليل جدًا من مرشحي الثقوب السوداء؟

بالإضافة إلى ذلك، هندسة الثقب الأسود هي حل لمعادلة أينشتاين عندما يصبح الطرف الثاني صفرًا، عندما **T **= 0. وهذا يعني أن هذا الحل يصف جزءًا من الكون لا يوجد فيه أي طاقة-مادة. تصبح معادلة المجال:

(97)

**S **= 0

• العودة إلى النموذج القياسي: لماذا يبدو الكون المبكر (الصورة التي يعطيها الإشعاع الكوني الخلفي) منتجًا متجانسًا؟ وفقًا للنموذج، في البداية، لم تتمكن جزيئات الكون من التفاعل، لأن "الحد" ct كان أصغر من المسافة المتوسطة بينها. إذًا، ما الذي سبب التجانس الملاحظ اليوم في الإشعاع الكوني الخلفي؟

• ما هو "الزمن"، بالقرب من "t=0"؟ هل تملك هذه السؤال معنى؟

عندما نعود إلى الماضي البعيد، نصل إلى ظروف طاقة عالية، والمشكلات التي نواجهها تبدو مشابهة للازمة الحالية لفيزياء الطاقة العالية:

- ماذا نتحدث عنه؟ - من يعلم أن معادلة أينشتاين، التي تدعم النموذج القياسي، لا تأخذ في الاعتبار الظواهر الكهرومغناطيسية؟ لا يزال الارتباط بين الجاذبية ونظرية الضوء غير مُبنى. ما زال الفجوة بين العالم الكمّي والجاذبية (ما هو غرافيتون؟).

خمسين عامًا من الفيزياء الفارغة.

هذا العنوان يبدو مثيرًا للجدل. التقدم التكنولوجي الحالي مذهل. الفيزيائيون النظريون يحلمون بـ"نظرية كل شيء" (TOE). نجاح الميكانيكا الكمّية خدع الباحثين. هل تعلم أننا لا نملك أي وسيلة للتنبؤ بكتل الجسيمات؟ نموذج الكواركات يشبه النظام البطلمي.

قبل قرون، وجد بطليما نظامًا قادرًا على وصف مسارات الكواكب في السماء، من خلال نظام معقد من الدوائر. كان هذا فعالًا جدًا في التنبؤ بالإظلامات، على سبيل المثال. في النهاية، استخدم هذا النموذج 48 دائرة. قبل العصر الكوبرنيكي. عندما تعلّم الملك الصغير في إسبانيا النموذج البطلمي من مدرسه، قال:

- يا إلهي، لو طلب مني الرب نصيحتي قبل خلق كل هذا، لنصحته بشيء أكثر بساطة!

يمكن أن تعمل الأشياء الخاطئة بشكل فعّال لقرون. وهذا السبب في أن عجز النيوترينوات الشمسية، الذي تم ذكره في قسم سابق، مثير للإعجاب للغاية: لا يمكن للميكانيكا الكمّية تفسيره. هذه هي المرة الأولى التي تتعطل فيها الآلة الكمّية.

بعضهم يتجه نحو نظرية الأوتار الفائقة، التي تعتمد على نظرية المجموعات. يعتقد مؤيدو الأوتار الفائقة أن كل شيء في العالم قد يتوافق مع هياكل مختلفة لكيان ذي أبعاد عشرة، "الفضاء". في عام 1714، اقترح الفيلسوف والرياضياتي الألماني غوتفريد فيلهلم لايبنيز شيئًا مشابهًا في مقالته "مونادولوجيا". كان لايبنيز يعتقد أن "كل شيء مصنوع من مونادات". يجب أن يكون العالم نوعًا من النظام المنظم من المونادات، لكنه لم يستطع تطوير فكرته.

يبحث مؤيدو الأوتار الفائقة عن موناداتهم الحديثة ذات الأبعاد العشرة.

كل هذا يولد محادثات حقيقية سريالية في المؤتمرات، مثل التي أُجريت مؤخرًا في أسبن، كولورادو. نشرت المجلة العلمية "ساينتيفيك أمريكان" تقريرًا في عدد يناير 1996، في مقال بعنوان "توضيح كل شيء"، كتبته المُخطِّطة مادهوسري موكيرجي.

في محاولة العثور على هذا الكائن السحري الذي ينظم الكون ذا الأبعاد العشرة، يتحدث بعض الناس عن "كرات مزينة"، وثعابين مغطاة بمتجهات، أو "حشرات مُغطاة بالشعر"، أفلام ذات أبعاد خمسة (دوف، من كلية لندن الإمبراطورية)، قادرة على التدوير على نفسها "كجلد سجق".

يقول شوارتز من معهد كالتك (واحد من مبتكري النظرية): "كان يجب أن أكون سائق شاحنة!"

يتحدث آخرون عن "ثقوب سوداء ذات كتلة صفر".

صرخ جيفري إيه. هارفي من جامعة شيكاغو:

"هل هذا يعني أن ثقوبكم السوداء لها كتلة صفر؟ هل تتحرك بسرعة الضوء؟"

"لا، لا شيء، لا زخم"، أجاب جاري تي. هورويتز من جامعة كاليفورنيا في سانتا باربارا.

"يا إلهي، هذا باهت!" هكذا أجاب لوناردو سوسماند من ستانفورد.

لا يمتلكون طاقة، ولا زخم - لا شيء هناك!" يصر هارفي.

سترومجر: "ربما في بعض مناطق الكون، توجد أجزاء من الفضاء على شكل قطرات صغيرة، حيث ستتحول الثقوب السوداء إلى أوتار، والعكس. في بيئةنا، قد تبدو هذه القطرات الصغيرة تتحرك في عوالم افتراضية، والتي ستوجد لفترة لا نهائية، لأنها ستختفي فورًا، قبل أن تُلاحظ."

سوسماند: "بصراحة، أعتقد أن هذا كلام فارغ."

في عام 1986، سُئل باحث عن تلخيص "نظرية كل شيء" بسبع كلمات، فرد بقوله:

• يا إلهي، لماذا أهملتني؟

كل هذا مثير للاهتمام، لكنه ليس انتهى، كما نرى. لم تشهد تاريخ الفيزياء أي نظرية أثارت اضطرابات كهذه، حيث تُنشر عشر مقالات يوميًا حول الموضوع. ولا يمكننا القول إن الجبل سيولد فأرًا أو أن الفأر سيولد جبلًا.